文·本报记者 陈磊

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　　挑战经典高压理论

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　　发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体 吉林大学超硬材料国家重点实验室马琰铭研究小组与国外合作者，理论模拟和高压实验测量相结合发现金属钠在200万大气压下转变为一种新型物质状态——光学透明的宽带隙绝缘态。相关研究发表在2009年3月12日出版的《自然》杂志上。

　　专家解读

　　靳常青(中科院物理所极端条件物理开放实验室副主任、研究员)：高压物质科学并非曲高和寡，而是与我们的现实生活密切相关，自然界很多物质都是在高压状态下，如矿产形成就是受到压力作用的过程。如常压下石墨是柔软的，但在地球形成过程中，在高压状态下就变成金刚石。

　　高压物质科学是知识创新的源泉。本项工作是一个理论和实验结合得很好的工作，主要研究材料在压力下导电状态的变化。传统高压理论认为，高压可以有效缩短金属的原子间距，导致价带和导带展宽，进而使其金属性增强。通俗地说，就是材料在足够大的压力条件下应该是个导体。但马琰铭教授及其合作者却发现了另外一个图像：金属钠在高压下竟然转变为宽带隙绝缘体。

　　绝缘态钠具有简单而独特的晶体结构——c轴高度压缩的双六角密堆结构。高压钠的绝缘态不是早期理论预言的原子配对的结果，而是p和d轨道电子杂化，以及芯电子云之间高度交叠的结果。钠原子的价电子受芯电子排斥而高度局域在晶格间隙中，这些在间隙中被“冻结”的价电子完全失去了自由电子的特性。

　　打个比方，芯电子好比蛋黄，价电子好比蛋清，当两个“鸡蛋”(钠原子)互相挤压时，互相接触的是“蛋清”；但如果挤压到一定程度时(也就是高压状态下)，两个“蛋黄”就会接触，“蛋清”(价电子)就会被挤进“蛋黄”中间，无法动弹，表现出绝缘体的特性。当压力足够使原子的芯电子发生强烈重叠时，这种新型绝缘状态可能在其他元素和化合物中广泛存在。这一发现揭示了高压对物质的重要作用，对经典高压理论提出了挑战，为高压理论的进一步发展带来了契机。

　　中国在纳米铜领域掌握了话语权

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　　阐明纯铜纳米晶极值强度的机制 中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室卢磊研究小组与卢柯、丹麦Ris国家实验室黄晓旭合作研究了具有不同尺寸纳米晶纯铜层厚度的极值强度问题，结果发现强度随纳米晶片层厚度下降而提高。相关研究发表在2009年1月30日《科学》杂志上。

　　专家解读

　　薛增泉(北京大学教授、国家纳米研究重大计划组专家)：该项研究主要是关于金属纳米铜强度极值的机理分析。多晶材料的强度随晶粒尺寸的减小而提高，也就是说，纳米粒子尺寸越小，强度越大。但是小到什么程度，材料强度将达到极值，人们并不知道。

　　卢柯等课题组给出了答案：对于铜来说，当铜纳米晶片层厚度为15nm时，铜材料强度达到最大值。进一步减小纳米晶片层厚度，强度反而减小、出现软化现象。随纳米晶片层减小，样品的塑性单调增加。研究人员分析了原因：表明随铜纳米晶尺寸减小，由位错起主导作用转变为由孪晶界面移动起主要作用，导致达到材料强度的极值，此后材料的塑性增加，对于纯铜纳米晶粒这个临界尺寸为15nm。

　　卢柯课题组在纳米铜领域进行了10年的系统研究，在国际上拥有了一定话语权。本项工作意义在于，如何利用纳米技术增加材料强度，并找到其极限值，是一个原创性的基础研究成果，得到国际科技界的关注。

　　高温超导机理研究取得突破

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　　高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究取得重要进展 中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室(筹)周兴江研究组和闻海虎研究组在高温超导体母体欠掺杂区费米面形状以及超导机理研究方面取得一些重要进展。相关研究分别发表在2009年11月19日的《自然》杂志和2009年8月7日《物理评论快报》上。

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　　陈皓明(清华大学教授)：1957年，巴丁、库珀和施里弗因为提出超导电性的BCS理论，解释了低温超导的微观机理，并在1972年获得了诺贝尔物理学奖。不过，BCS理论无法成功的解释高温超导的现象。上世纪80年代，科学家发现了铜氧化物可以实现高温超导，但其超导机理仍未解决。我国在探索新型高温超导材料方面如铜氧化物、铁基超导材料等做了很多出色的工作，但在理论研究和建立新的物理模型进展不显著。这一局面在2009年得到改变，我国研究者在高温超导的机理研究方面取得重要进展。

　　首先，高温超导体体欠掺杂区域费米面(描述电子能量状态物理量)的拓扑形状，是理解高温超导体奇异物性的基本问题，也是在理论和实验一直争议不断、悬而未决的问题。近期的一系列量子振荡实验，都表明在欠掺杂样品中可能存在费米口袋。但实验上却没有观测到费米口袋，而只有费米弧的图像。周兴江研究组与中科院理化技术研究所陈创天、许祖彦等研究组合作，利用自主研制的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪，在欠掺杂高温超导体Bi2201中第一次直接观察到费米口袋，而且在正常态还进一步观察到费米口袋和费米弧的共存。这些实验结果为理解高温超导体的性质，检验和建立新的理论模型，提供了重要的实验证据。

　　此外，BCS理论指出：在常规超导体的超导态，电子的最低激发态与基态之间有能量存在间隙(能隙)。但是对于铜氧化物超导体(特别是欠掺杂样品)，当其温度远高于超导转变温度时就存在能隙(被称为赝能隙)。关于赝能隙与超导关系存在许多模型。闻海虎研究小组制备出系列掺杂的高质量氧化物超导体 Bi2Sr2-xLaxCuO6单晶，该系列样品超导转变温度较低，在较低磁场下即可破坏其宏观超导。研究人员对其进行了高精度比热测量，获得了超导转变熵的变化。结果表明欠掺杂铜氧化物超导体转变前后存在熵变，不满足BCS物理图像；在正常态已经有部分电子库柏对存在(能隙存在)，而超导转变产生于相位相干特性的建立。闻海虎研究组的实验证据表明，BCS理论还不能解释高温超导的机理，这为我们进行理论研究提供了一个思考的出发点。

　　可望破解水稻杂种优势的“基因密码”

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　　鉴别出与超级杂交水稻杂种优势相关的潜在功能基因 中科院遗传与发育生物学研究所(朱立煌研究组和朱祯研究组)与中科院北京基因组学研究所 (于军研究组和刘国振研究组)及湖南杂交水稻中心(袁隆平研究组)合作，利用我国自主设计和研制的水稻全基因组基

　　因芯片，系统考查了超级杂交稻两优培九(LYP9)及其亲本93-11和培矮64s(PA64s)不同时期7种组织(幼苗期和分蘖期的叶，孕穗期、抽穗期、开花期和灌浆期的剑叶，灌浆期的穗子)的基因表达谱。相关研究发表在2009年5月12日美国《国家科学院院刊》上。

　　专家解读

　　杨维才(中科院遗传发育所研究员)：杂交优势在我国农业生产特别是水稻生产上得到了广泛应用，但在其他作物上的应用还很有限。我们知道，两个亲本基因组的组合，亲缘关系越远，杂交优势越明显。可是，对于这个古老而又复杂的科学难题，其遗传基础和分子机理仍不明晰。

　　研究人员通过系统考查了超级杂交稻两优培九(LYP9)及其亲本93-11和培矮64s(PA64s)不同时期7种组织的基因表达谱。结果发现，在考查的36926个基因中，共检测到22266个基因在上述参试样本中表达。聚类分析结果表明，杂种F1与亲本间表达谱的相似性大于亲本之间的相似性。总共检测到7078个在全部参试样本中都表达的共表达基因和3926个差异表达基因(DG)，研究人员将DG分为亲本间差异表达基因(DGPP)、杂种—亲本间差异表达基因(DGHP)以及只在杂种与亲本间有差异表达的基因(DGHPU)。在3000多个杂种和亲本间差异表达基因(DGHP)中，存在各种差异表达类型，但多为偏于单亲的显性表达基因。差异表达基因的功能涉及诸多功能类群，与DGPP相比，在DGHP中相对富集了与能量代谢和物质运输功能相关的基因。此外，研究人员还发现DGHP在基因组中的位置与同产量相关的数量性状基因位点(QTL)有较高的关联性，其中有些基因很可能是水稻杂种优势的相关基因。

　　该项研究将促进杂交水稻的进一步利用，并有助于我们从分子水平了解杂交优势的分子遗传机制。我也期待研究人员能找出与杂交优势直接相关的基因，促进育种和水稻等农作物生产。

　　多项研究支持鸟类起源于恐龙假说

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　　找到鸟类起源的一些关键证据 关于鸟类的起源有多种观点，其中一种主流观点认为鸟类源于兽脚类恐龙，但该假说依然存在着许多薄弱环节，主要包括长期以来争论不休的鸟类手指同源、涉及鸟类何时出现的兽脚类恐龙分异时间框架以及羽毛起源和早期演化等一些问题。中科院古脊椎动物与古人类研究所徐星与合作者于2009年在《自然》和美国《国家科学院院刊》上发表了一系列论文，在这些问题上取得了重要进展。

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　　周忠和(中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员)：以往的化石资料显示，兽脚类恐龙在向鸟类进化当中，其外侧两指退化，保留了内侧的3个指头；而发育学证据表明，鸟类手指是两侧退化，保留了中间3指，从而造成了古生物学资料和发育学资料之间的“矛盾”。国外学者曾提出了“结构转移”的假说，试图解释这一“矛盾”，但这一假说尚未被普遍接受。徐星与合作者研究了新疆准噶尔盆地侏罗系地层中发现的一种奇特的小型恐龙——泥潭龙。该种恐龙属于兽脚类恐龙的一个分支——角鼻龙类。该种恐龙长有4指，其第1指已经退化。他们进一步对比了其它一些兽脚类恐龙的化石，提出了一种恐龙手指退化的新假说：恐龙在进化中的确发生了两侧退化。这一假说和以往对这些兽脚类恐龙手指的解释有很大不同，对于我们准确理解恐龙向鸟类演化过程中手指的演变过程具有重要意义。

　　沈阳师范大学胡东宇和徐星等合作，研究了一块来自中国辽宁西部晚侏罗世早期地层中(约1.6亿年前，早于始祖鸟)保存完好的小型兽脚类恐龙化石。这块化石属于伤齿龙类，是兽脚类恐龙中最接近鸟类的类群之一。新发现的化石在其近乎完整保存的骨架周围清晰地分布有羽毛印痕，为羽毛早期进化提供了重要的研究资料。由于以往发现的与鸟类关系接近的恐龙出现的时代多晚于已知最早的鸟类，这一发现进一步表明，在最早的鸟类出现前确实已经存在许多鸟类的祖先分子。

　　此外，徐星与合作者，还从两块北票龙化石样本中发现了一种新的羽毛类型，这种羽毛每根都是一条单独的宽纤维状结构，徐星等认为，这一形态同发育模型预测的羽毛第一阶段的形态基本一致。这一假说是否成立，还有待更多研究来证实。无论如何，中国侏罗纪—白垩纪精美保存的化石为研究羽毛的起源和演化提供了最为重要的证据。

　　2009年是达尔文诞辰200周年和《物种起源》发表150周年，这些成果成为了中国古生物学界纪念达尔文这位伟人最好的方式。古生物学是达尔文进化论的重要支柱。中国在鸟类起源的领域进行了十几年研究，我们不仅有独一无二的化石资源，而且通过与发育生物学等学科的结合，在鸟类起源等相关问题上取得了举世瞩目的成果。近日又有一些新的重要科研成果相继发表，我相信中国将继续在古生物学研究领域扮演引领者的角色。

　　■ 十大新闻

　　近日，科技部基础研究管理中心开展“中国基础研究十大新闻”的评选在京揭晓。它们是：

　　●北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收

　　●查明中国陆地生态系统的碳平衡状况

　　●揭示A1型短指症致病机理

　　●发现β-抑制因子-2复合体信号缺损可导致胰岛素耐受

　　●实验证实诱导性多能干细胞具有发育全能性

　　●发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体

　　●阐明纳米孪晶纯铜极值强度的形成机制

　　●高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究取得重要进展

　　●鉴别出与超级杂交水稻杂种优势相关的潜在功能基因

　　●找到鸟类起源的一些关键证据